物理选修3-2 第5章 远距离输电
第5节 电能的远距离输送
授课年级
高二
课题
5.5电能的远距离传输
课程类型
新授课
设计思路
本节课题与生活实际密切相关，学生有一定的知识储备，但有些问题又一知半解，不能够深入。对于电路上的功率损失，可根据学生的实际情况，用问题引导学生从已有的直流电路知识出发，进行分析，得出结论。这样做的目的是希望学生对输电问题有更全面、更深人、更接近实际的认识，知道影响输电损失的因素不只一个，分析问题应综合考虑，抓住主要方面。但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深人讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的影响进行深入分析，教学中要注意把握好分寸。
课堂导学阶段，教师通过图片视频、实验，激发学生学习的积极性，激起讨论的热情。先用问题引导学生进行组内的交流，形成组内的基本意见，然后让某组学生对全班讲解相应问题。不到之处，其他小组补充，讲解过程中，其他小组或老师可以追加问题，由该组负责解答。教师在必要的时候进行点拨，并把问题进行梳理深化。然后让学生顿悟、思考、形成记忆。最后进行当堂测试，检测学生自主学习的效果，并及时反馈、总结、提升。本节课采用问题引导，任务驱动，小组互助的模式，完全由学生自主讨论、分析、研学、展示。
课程导学三维目标
知识与技能
1、知道输电导线电能损失的主要原因，知道减少电能损失的两条途径。
2、知道高压输电的原因，会分析功率损失、电压损失等问题。
3、了解远距离输电过程，并能进行相关计算。
过程与方法
通过阅读、思考、讨论，培养分析问题、综合应用的能力
情感、态度与价值观
1、培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。
2、介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。
重点
知道输电线上的功率损失和电压损失；知道为什么高压输电；了解远距离输电的原理。
难点
高压输电原理，远距离输电的原理图。
教学方法
问题引导，任务驱动，实验探究，合作探究。树立自主学习的理念，提供学生自主感知、领悟、实践的学习机会。激发学生业已具备的好奇心，挖掘和发展学生的学习潜力。
课前
准备
参观当地的小型电厂，了解发电过程。调查发电机的容量、居民用电和工业用电情况。撰写调查报告。观察变电站和高压输电线路。
教具准备
低压交流电源、可拆变压器、导线、灯泡、灯座、定值电阻。
导 学 过 程 设 计
导学环节
学习内容
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
观看视频
观看图片
播放视频 ，展示图片
学生观察特高压输电视频，观察图片，从而引发学生思考，激发学生的求之欲望。
创设情境，激发学生学习的激情、兴趣。
模拟输电实验
师生做模拟实验，体验电功率损耗、电压损耗
教师介绍实验仪器，演示模拟远距离输电实验，并通过温度传感器的读数变化体会输电线上的功率损失，通过读灯泡两端的万用电表读数体会输电线上的电压损失。
学生参与实验，并观察实验现象，
从而体会输电线上的功率损失和电压损失，从而激发学生思考，激发学生的求知欲望。
通过学生动手和教师一起做实验，提高学生的动手能力，激发学生学习的兴趣。
问题探究一
提出探究的问题
（1）输电线上功率损失的原因？
（2）输电线上电压损失的原因？
交流、讨论、思考、展示
（1）电线上功率损失的主要原因是由于输电线有电阻，会有一部分电能转化为热能而损失掉。
（2）电压损失的原因是由于输电线上有电阻，当有电流通过时，线路上会有电压损失
若输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为
ΔP=I2r，
若输送的功率为P，输电电压为U，输电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为( ，则功率损失可表示为：
充分让学生自学，培养学生分析、推理、综合的能力。
问题探究二
提出探究的问题
降低输电损耗、电压损失的途径有哪些？
(1).从减小导线电阻的角度怎样减小损耗？
(2).若输送功率恒定，怎样减少损耗？
师巡查,指导、倾听部分学生的交流，初步得出学生的自学效果。
教师总结：综上所述，无论是减小功率损失还是电压损失，最终的措施都是：提高输电电压。
降低输电损耗的途径是
由ΔP=I2r，
可知：减少输电线的电阻；减少输电线的电流。可减少功率损失和电压损失。
(1).由 可知：①减少输电线的长度L，是不现实的；②增加导线的横截面积S；③减少材料的电阻率ρ
(2).由 P=IU 可知减小输送功率P，提高输电电压U，可减小输电电流，从而减少输电损耗和电压损耗。
充分让学生自学，培养学生分析、推理、综合的能力。
问题思考
教师提出问题
教师追问“提高电压，降低电流”与欧姆定律矛盾吗？
梳理总结电功率损耗问题
不矛盾
P=UI中的U是输电电压
I=中的U是输电线上分担的电压，是线损电压。
使问题对比升华
案例体验
输送200kw的电功率，用总电阻为0.1Ω的导线输送到用户，
（1）采用200V的电压输电，则输电导线上的电流是多少？输电线上损失的功率是多少？输电线上的电压损失是多少？
（2）采用2KV的电压输电，则输电导线上的电流是多少？输电线上损失的功率是多少？输电线上的电压损失是多少？
教师安排两名同学分别做案例体验第（1）问和第（2）问
教师总结：显然，输送一定的电能，输送电压越高，输电线中电流越小，导线损耗的电能越小，输电线电压损失也就越小。
学生上黑板板书案例体验第1问和第2问
【解析】：
（1）由P=U1I1，得I1=1000A，
则线损功率
P1=I12R=10002×0.1W=100KW；
损失电压
U1=I1R=1000×0.1V=100V；
（2）由P=U2I2，得I2=100A，
则线损功率
P2=I22R=1002×0.1W=1000W；
损失电压 U2=I2R=100×0.1V=10V；
引导学生利用所学的知识自己去解决相关问题，培养学生利用所学规律处理问题的能力。从而激发学生学习的激情
问题探究三
高压交流输电
1.为了减小输电损耗，需要高压输电，在发电厂内应采取怎样的措施？
2.高压电输送到用户附近是否能直接使用？又应采取怎样的措施？
教师巡查及时回答学生的疑问
学生小组讨论交流，展示讨论结果
要高压输电，在发电站内应该先升压，高压电输送到
用户附近又应该降压
充分让学生自学，培养学生分析、推理、综合的能力。
高压交流输电
教师展示远距离输电示意图
引导学生做一做
1．用变压器的符号画出输电过程的流程图？
2、分析输电过程中功率、电压、电流之间的关系。
学生画出远距离输电模型，写出各量之间的关系。
功率关系：
P1 =P2 =P线 +P3 ，P3=P4
电压关系：
U2 =U线+U3
电流关系：
I2 =I线 +I3
学生自己动手画出输电流程图，写出电压、功率、电流之间的关系，培养学生分析问题、总结规律的能力。
教师分析评价
解析：(1)输电线损失的功率 P损＝P×4%＝100kW×4%＝4kW.
输电线电流I2＝＝A＝20A.
升压变电器输出电压U2＝＝V＝5×103V.
升压变压器原、副线圈匝数比：＝＝＝.
电压损失U损＝I2R线＝20×10V＝200V.
降压变压器原线圈端电压U3＝U2－U损＝4800V.
降压变压器原、副线圈匝数比＝＝.
(2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为
P用＝P－P损＝P(1－4%)＝100×96%kW＝96kW.
例1风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展，如图所示风车阵中发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，用户需要的电压是220V，输电线电阻为10Ω.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：
(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比．
(2)用户得到的电功率是多少．
培养学生应用所学规律处理实际问题的能力。
活学活用
练习
教师展示答案并让学生订正答案，对学生回答的问题及时补充并作出评价
用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下 物理问题。如图，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两
只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有
效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，正确的是( )
A．灯泡L1 两端的电压减小 B．原线圈输入功率减小
C．副线圈输出电压减小 D．电阻R 两端的电压增大
学生小组讨论交流，让一个同学讲解练习题
培养学生自我学习的能力，鼓励学生回答问题，提高学生学习的兴趣
小结
远距离输电一、二、三
一个模型：远距离输电模型
两个损失：
功率损失：P损=I2R线=U线2/R线=(P/U)2R线
电压损失：U损=IR线=(P/U)R线
三个关系：P、U、I关系。
解题总结
明确输电流程图，明确输电流程中功率、电压、电流的关系，对着输电流程图分析对应好题干中的已知量，找到破解问题的切入点。
感悟提升
跳出题海，
登高望远。
展望未来输电
观看视频，展望未来输电，激发学生学习热情及投身科学的激情。
让学生知道我国输电走在世界最前沿，激发学生爱国热情，以及投身科学的激情。
课件23张PPT。 在电气化时代，人们享受着美丽的光影世界学习目标：
（1）知道电能输送的基本要求。
（2）知道功率损失和电压损失，知道 为什么高压输电。
（3）了解从变电站到用户输电过程。
电能输送三个基本要求可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电
保质：保证电能的质量，即电压和频率稳定。
经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。分析问题、发现问题、提出问题 在公路旁、旷野上，都有高压输电线，仿佛由天际而来，向天际而去……，有的电压高达1000KV以上，那么电能在输电线上有损失吗？ 模拟输电实验实验探究：相同的电源，通过低压和高压给相同灯泡送电，观察现象。问题探究一 输电线路上的电功率损失、电压损失 —自学、交流、展示理论探究：
1.分析输电线上电功率损失的原因？
2.分析输电线上电压损失的原因？输电线路比较远，导线上有电阻，当有电流通过时，根据焦耳定律 Q= I2Rt，导线上会产生热量，就有功率损失和电压损失问题探究二 减小输电线路上的电功率损失、电压损失的途径设输电电流为I，输电线上的电阻为r，则输电线上的功率损失为P= I2r，U损= Ir，可以通过两个途径减小功率损失和电压损失
1.怎样减小输电线的电阻？
2.如果输送功率P一定，怎样减小输电线上的电流?一定程度上减小损耗输送功率恒定时高压输电，
是减小损耗的有效措施问题思考：
“提高电压，降低电流”与欧姆定律相矛盾吗？P=UI 和U=IR,U和I的含义是什么？？【案例体验】
输送200kw的电功率，用总电阻为0.1Ω的导线输送到用户，
（1）采用200V的电压输电，则输电导线上的电流是多少？输电线上损失的功率是多少？输电线上的电压损失是多少？
（2）采用2KV的电压输电，则输电导线上的电流是多少？输电线上损失的功率是多少？输电线上的电压损失是多少？
【解析】：
（1）由P=U1I1，得I1=1000A，
则线损功率 P1=I12R=10002×0.1W=100KW；
损失电压 U1=I1R=1000×0.1V=100V；
（2）由P=U2I2，得I2=100A，
则线损功率P2=I22R=1002×0.1W=1000W；
损失电压 U2=I2R=100×0.1V=10V；
总结：显然，输送一定的电能，输送电压越高，输电线中电流越小，导线损耗的电能越小，输电线电压损失也就越小。问题探究三 高压交流输电
问题1、要高压输电，在发电站内应采取怎样的措施？
问题2、高压电输送到用户附近又应采取怎样的措施？要高压输电，在发电站内应该先升压，高压电输送到用户附近又应该降压远距离输电示意图做一做
1、根据远距离输电示意图，用变压器的符号画出输电过程的流程图？
2、分析输电过程中功率、电压、电流之间的关系？远距离输电流程图功率关系：P1=P2=P线+P3 P3=P4电压关系：U2=U3+U线电流关系：I2= I线 =I3升压变压器降压变压器【例1】
风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展，如图所示风车阵中发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，用户需要的电压是220V，输电线电阻为10Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：
(1)在输电线路中设置的升压、降压变压器原、副线圈的匝数比。
(2)用户得到的电功率是多少。解析：
(1)损失的功率 P损＝P×4%＝4kW.
输电线电流 P损＝I22R，则I2=20A.
升压变电器输出电压 P=I2U2,U2＝5×103V.
升压变压器原、副线圈匝数比 n1/n2=1/20.
电压损失 U损＝I2R线＝200V.
降压变压器原线圈端电压U3＝U2－U损＝4800V.
降压变压器原、副线圈匝数比 n3/n4＝240/11.
(2)用户得到的电功率
P用＝P－P损＝P(1－4%) ＝96kW.
活学活用
练习：用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下
物理问题。如图，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两
只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有
效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，正确的是( )
A．灯泡L1 两端的电压减小 B．原线圈输入功率减小
C．副线圈输出电压减小 D．电阻R 两端的电压增大AD课堂小结一个模型
两个损失
三个关系功率损失：P损=I2R线=U线2/R线=(P/U)2R线电压损失：U损=IR线=(P/U)R线一个输电模型：三个关系：P、U、I关系。 基本思路 ：
明确输电流程图，明确功率、电压、电流的关系，对应分析好已知要求量，找到破解问题的切入点。展望未来输电让宇宙中的能量更多地向人类有用的方向转化，是探索自然的起点与归宿。
要相信自然界中一定有比电能更好的能量形式，需要我们探索、发现………本节课到此结束
谢谢电能的远距离输送 评测练习
1、远距离输送一定功率的交变电流，若输送电压升高为原来的n倍，关于输电线上由电阻造成的电压损失和功率损失的说法中，正确的是（ ）
A．输电线上的电功率损失是原来的1/n
B．输电线上的电功率损失是原来的1/n2
C．输电线上的电压损失是原来的1/n
D．输电线上的电压损失是原来的n倍
2、用变压器进行远距离输电，输送的电功率为P，输送的电压为U，输电导线上的电阻率为ρ，导线横截面积为S，导线总长为L，输电线损耗的电功率P1，用户得到的电功率为P2则 （ ）
A．P1＝ B．P1＝ C．P2＝ D．P2＝
3、某小型水电站的电能输送示意图如下，发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220V的用电器正常工作，则（ ）
A. B.
C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
4、如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400 V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损耗，使用2 kV高压输电，最后用户得到“220 V 9.5 kW”的电能，求：
(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比?
(2)输电线路导线电阻R ?
(3)用户降压变压器原、副线圈匝数比?
【答案】
1、BC
2、解析：由导线输送的电功率知，输电导线上的电流强度，由电阻定律得，所以导线上损耗的功率为导线上产生的热功率，B正确，用户得到的电功率P2应为输送的电功率减去导线损耗的热功率，即，D正确．答案：BD
3、解析：由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率．故D正确. ，，因为U1＝200 VU3＝U2－U线，故，选项A正确．答案：AD
4、（1）n1/n2=1/5，（2）20欧，(3) n3/n4=95/11。
